懸臂式掘進(jìn)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1、-. z.懸臂式掘進(jìn)機(jī)開展現(xiàn)狀與趨勢專業(yè)：機(jī)械工程及自動化摘要：通過對懸臂式掘進(jìn)機(jī)構(gòu)造組成的了解，理解其工作原理;并對國外懸臂式掘進(jìn)機(jī)開展現(xiàn)狀及趨勢進(jìn)展探討，加強(qiáng)對懸臂式掘進(jìn)機(jī)的理解；同時針對懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割部中所運(yùn)用的行星傳動技術(shù)進(jìn)展介紹，從而進(jìn)一步明白EBZ100型掘進(jìn)機(jī)的研究意義關(guān)鍵字：懸臂式掘進(jìn)機(jī)；構(gòu)造；開展現(xiàn)狀；趨勢；行星傳動；研究意義1懸臂式掘進(jìn)機(jī)簡介目前國外研制和使用的掘進(jìn)機(jī)按所掘斷面的形狀可分為全斷面掘進(jìn)機(jī)和局部斷面掘進(jìn)機(jī)。全斷面掘進(jìn)機(jī)通過截割機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)和連續(xù)推進(jìn)，將整個巷道斷面的煤巖破碎。根據(jù)巷道斷面的尺寸，把道具布置于工作機(jī)構(gòu)上，通過刀具破落煤巖，完成裝載、支護(hù)等多種工序作

2、業(yè)。因其功率大，破巖硬度高、尺寸及機(jī)重大，主要用于開掘巖石巷道、隧道，掘出的巷道斷面形狀為圓形。局部斷面巷道掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)的道具其僅能作用于工作面煤巖巷道的局部斷面上，為了掘出所要求的巷道斷面尺寸，破落整個工作面的煤巖，必須依靠截割機(jī)構(gòu)進(jìn)展屢次截割，平行于掘進(jìn)斷面的工作面連續(xù)移動，才能到達(dá)整個斷面的掘進(jìn)。局部斷面掘進(jìn)機(jī)主要適用于煤及半煤巖巷道掘進(jìn)，其工作方式靈活，對巷道的形狀和煤巖的賦存情況適用性強(qiáng)外形尺寸和重量小，生產(chǎn)效率高，便于巷道支護(hù)，能耗低，可以得到矩形、拱形、梯形等多種斷面形狀的巷道。其可分為懸臂式、沖擊式、圓盤滾刀式掘進(jìn)機(jī)和連續(xù)采煤機(jī)四種，其中懸臂式掘進(jìn)機(jī)在煤礦中得到普遍的使用。懸

3、臂式掘進(jìn)機(jī)是煤礦井下巷道綜掘法的主要設(shè)備，它集開挖、裝碴和自動行走于一體，操縱方便，對復(fù)雜地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，便于支護(hù)，用于煤和半煤巖層的掘進(jìn)因此在采礦工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。懸臂式掘進(jìn)機(jī)上要有橫軸式掘進(jìn)機(jī)和縱軸式掘進(jìn)機(jī)。它們的主要組成部件一樣，只是截割頭的布置不同。懸臂式掘進(jìn)機(jī)由截割部、裝運(yùn)部、本體部、行走機(jī)構(gòu)、后支承、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、除塵噴霧系統(tǒng)等組成。1截割部構(gòu)造截割部主要由截割頭組件1、懸臂段2、截割減速器3、截割電機(jī)7組成，如圖1所示。截割減速器3兩端的法蘭盤分別與電動機(jī)7和懸臂段2連接成一體，懸臂段2中的傳動軸通過花鍵及螺釘與截割頭組件1相連接。電動機(jī)7經(jīng)截割減速器3、懸臂段2

4、中的傳動軸驅(qū)動截割頭組件1旋轉(zhuǎn)截割煤、巖。截割部靠銷軸4與截割頭升降油缸相連接，靠銷軸8與截割頭回轉(zhuǎn)臺相連接。在截割頭升降油缸推動下，可繞銷軸8上下擺動；在截割頭回轉(zhuǎn)油缸推動下，可隨截割頭回轉(zhuǎn)臺左、右擺動。圖1 截割部構(gòu)造1-截割頭組件；2-懸臂段；3-截割減速器；4、6、8-銷軸；5-蓋板；7-截割電機(jī)(2)裝運(yùn)部構(gòu)造裝運(yùn)部的作用是將截割頭破碎下來的煤和巖石裝運(yùn)到配套的轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備上去。它由裝載部鏟板部和運(yùn)輸部第一運(yùn)輸機(jī)兩局部組成。裝載部鏟板部的構(gòu)造如圖2所示，它由主鏟板2、側(cè)鏟板1、星輪驅(qū)動裝置4、弧形三齒星輪5等組成，兩臺低速大轉(zhuǎn)矩馬達(dá)直接驅(qū)動兩個弧形三齒星輪5旋轉(zhuǎn)，將截割頭破碎下來的煤和巖

5、石裝運(yùn)到運(yùn)輸部第一運(yùn)輸機(jī)的機(jī)尾溜槽8中。鏟板通過耳座6與鏟板升降油缸連接，通過支點(diǎn)耳座7與本體部連接；鏟板升降油缸推動鏟板繞支點(diǎn)耳座7可上下擺動。星輪驅(qū)動裝置構(gòu)造如圖3所示，弧形三齒星輪1通過定位銷2和螺釘4與旋轉(zhuǎn)盤3連接，液壓馬達(dá)6的輸出軸插入旋轉(zhuǎn)盤3的花鍵孔，帶動旋轉(zhuǎn)盤3及弧形三齒星輪1旋轉(zhuǎn)。第一運(yùn)輸機(jī)位于機(jī)體中部，是中雙鏈刮板式運(yùn)輸機(jī)，其構(gòu)造如圖4。運(yùn)輸機(jī)分前溜槽1和后溜槽3，前、后溜槽用高強(qiáng)度螺栓2聯(lián)接，運(yùn)輸機(jī)前端通過插口插入鏟板部和本體部連接的銷軸上，后端通過高強(qiáng)度螺栓固定在本體上。運(yùn)輸機(jī)采用二個液壓馬達(dá)5直接驅(qū)動鏈輪，帶動刮板鏈實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)輸。緊鏈裝置4采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)對刮板鏈的松緊

6、程度進(jìn)展調(diào)整，彈簧座起緩沖的作用。圖2 鏟板部構(gòu)造1-側(cè)鏟板；2-主鏟板；3-運(yùn)輸機(jī)尾鏈輪；4-星輪驅(qū)動裝置；5-三齒星輪；6-鏟板升降油缸連接耳座；7-鏟板支點(diǎn)耳座；8-運(yùn)輸機(jī)溜槽圖3 星輪驅(qū)動裝置構(gòu)造1-弧形三齒星輪；2-定位銷；3-旋轉(zhuǎn)盤；4-螺釘；5-馬達(dá)座；6-液壓馬達(dá)圖4 第一運(yùn)輸機(jī)構(gòu)造1-前溜槽；2-高強(qiáng)度螺栓；3-后溜槽；4-緊鏈裝置；5-液壓馬達(dá)(3)本體部機(jī)架本體部由回轉(zhuǎn)臺、回轉(zhuǎn)軸承、本體架等組成，本體架采用整體箱形焊接構(gòu)造，主要構(gòu)造件為加厚鋼板，其構(gòu)造如圖5所示。圖5本體部構(gòu)造1-連接鏟板部的銷軸；2-連接截割部升降油缸的銷軸；3-連接截割部的銷軸；4-回轉(zhuǎn)臺；5-連接鏟

7、板部升降油缸的銷軸；6、10-連接截割部回轉(zhuǎn)油缸的銷軸；7-回轉(zhuǎn)軸承；8-連接行走部的螺栓；9-本體架；11-連接后托架的螺栓本體的右側(cè)上部即圖紙前方通過高強(qiáng)度螺栓連接液壓系統(tǒng)的泵站，左側(cè)上部即圖紙前方裝有液壓系統(tǒng)的操縱臺。前面上部2、3處通過回轉(zhuǎn)臺4和截割部升降油缸與截割部連接，回轉(zhuǎn)臺4在安裝于6、10之間的截割回轉(zhuǎn)油缸推動下，可繞回轉(zhuǎn)軸承7擺動。前面下部1、5處通過鏟板升降油缸和銷軸1連接鏟板部及第一運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾，第一運(yùn)輸機(jī)從本體部中間穿過。本體部左、右側(cè)下部8處通過高強(qiáng)度螺栓分別與左、右行走部履帶架連接，后部11處通過高強(qiáng)度螺栓連接后支承部。(4)行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)構(gòu)造如圖6所示。主要由定量

8、液壓馬達(dá)12、行星減速器16、驅(qū)動輪9、履帶6、緊輪1、緊油缸4、履帶架5等組成。定量液壓馬達(dá)12通過行星減速器16及驅(qū)動輪9帶動履帶6實(shí)現(xiàn)行走。履帶6的松緊程度是靠緊油缸4推動緊輪托架11前后移動來進(jìn)展調(diào)節(jié)的。緊油缸為單作用形式，緊輪伸出后靠卡板10鎖定，卡板的厚度分別為50mm、20mm、10mm、6mm，可隨意組合使用。緊油缸、卡板均安裝在履帶外側(cè)，方便實(shí)用，并均配有蓋板以保證外形的美觀。液壓馬達(dá)、行星減速器均用高強(qiáng)度螺栓13、15與履帶架聯(lián)接。左右履帶架各采用12顆M30的高強(qiáng)度螺栓3、8緊固在本體架的兩側(cè)。圖6 行走部構(gòu)造1-緊輪；2-緊輪架聯(lián)結(jié)螺釘；3、8-與本體架聯(lián)結(jié)螺栓；4-緊

9、油缸；5-履帶架；6-履帶；7-腳踏板；9-驅(qū)動輪；10-卡板組；11-緊輪架；12-液壓馬達(dá)；13-液壓馬達(dá)聯(lián)結(jié)螺栓；14、15-減速器聯(lián)結(jié)螺栓；16-減速器(5)后支承后支承的作用是減少截割時機(jī)體的振動，提高工作穩(wěn)定性并防止機(jī)體橫向滑動，其構(gòu)造如圖7。在后支承架2兩邊分別裝有升降支承器3，利用油缸實(shí)現(xiàn)支承。后支承架用鍵和M24的高強(qiáng)度螺栓1與本體部相聯(lián)，后支承的后支架4與第二運(yùn)輸機(jī)回轉(zhuǎn)臺5聯(lián)接。電控箱、泵站都固定在后支承支架上。圖7 后支承的構(gòu)造1-聯(lián)結(jié)螺栓；2-后支承架；3-升降支承器；4-后支架；5-第二運(yùn)輸機(jī)回轉(zhuǎn)臺(6)液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)。由油缸包括：截割頭升降油缸、截割頭回轉(zhuǎn)油缸、鏟

10、板升降油缸、后支撐器升降油缸、履帶緊油缸、馬達(dá)包括：行走馬達(dá)、第一運(yùn)輸機(jī)馬達(dá)、星輪馬達(dá)、噴霧泵驅(qū)動馬達(dá)、泵站、操縱閥及相互連接的管道等組成?？梢则?qū)動機(jī)器的截割頭上下左右擺動、鏟板升降、后支撐器升降、履帶緊、行走輪轉(zhuǎn)動、第一運(yùn)輸機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、星輪轉(zhuǎn)動、噴霧水泵運(yùn)轉(zhuǎn)等。另外還為錨桿鉆機(jī)提供了兩個備用接口。液壓系統(tǒng)的工作原理如下：液壓系統(tǒng)由一臺90KW的電動機(jī)驅(qū)動一臺A11VO145/145DRS負(fù)載敏感式雙聯(lián)柱塞變量泵，泵1輸出的壓力液體一路到PSV55/230-3型六聯(lián)閥，另一路經(jīng)；減壓閥到行走馬達(dá)制動器。泵1具有恒功率、壓力切斷、負(fù)載敏感功能，壓力切斷閥調(diào)整壓力為18MPa。泵2輸出的壓力液體到PS

11、V55/230-3型四聯(lián)閥，泵2具有恒壓力、負(fù)載敏感功能，調(diào)整壓力為18MPa。該泵的各油口分布情況如圖8所示。圖8 雙聯(lián)柱塞泵油口分布圖1-壓力切斷閥調(diào)壓彈簧；2-負(fù)載敏感調(diào)壓彈簧；3-恒功率調(diào)壓彈簧；4-恒壓控制調(diào)壓彈簧LS-負(fù)載敏感油口；T1-放氣口；P-排油口；T2-泄漏口；*-吸油口；M-測壓口六聯(lián)閥的第一、二聯(lián)控制左、右行走馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)閥芯處于中位圖示位置時，行走馬達(dá)兩腔與回油連通，制動器處于制動狀態(tài)，馬達(dá)不轉(zhuǎn)動。當(dāng)閥芯處于上或下位工作位置時，壓力液體進(jìn)入馬達(dá)，同時經(jīng)PSV六聯(lián)閥Z口壓力4MPa翻開行走馬達(dá)制動器，制動器解除制動，馬達(dá)正或反轉(zhuǎn)。假設(shè)左、右行走馬達(dá)同時朝一個方向轉(zhuǎn)動

12、可使機(jī)器前進(jìn)或后退，假設(shè)左、右行走馬達(dá)只有一個轉(zhuǎn)動可使機(jī)器轉(zhuǎn)大彎，假設(shè)左、右行走馬達(dá)一正一反轉(zhuǎn)動可使機(jī)器轉(zhuǎn)小彎。閥芯三個位置時各油口的連通情況如圖9所示。圖9 換向閥各位置時的油路連通情況a-中位；b-上位；c-下位六聯(lián)閥的第三六聯(lián)分別控制截割頭升降、截割頭回轉(zhuǎn)、鏟板升降、后支撐升降四組油缸。當(dāng)各閥芯處于中位時，各油缸不動作。當(dāng)各閥芯處于上或下位時，各油缸伸出或縮回。為了使各油缸運(yùn)動平穩(wěn)，在各油缸的進(jìn)出油口處都設(shè)置了平衡閥，以減少各油缸工作過程中的振動。四聯(lián)閥分別控制第一運(yùn)輸機(jī)馬達(dá)、左、右星輪馬達(dá)、噴霧馬達(dá)。當(dāng)各閥芯處于中位時，各馬達(dá)兩腔與回油連通，馬達(dá)處于浮動狀態(tài)。當(dāng)閥芯處于上或下位時，馬達(dá)

13、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。在六聯(lián)閥的第三聯(lián)閥上并聯(lián)了履帶緊油缸，當(dāng)需要緊履帶時，翻開油路上的截止閥，然后操縱第三聯(lián)換向閥使履帶緊油缸動作。在四聯(lián)閥的第二、三聯(lián)閥上各串聯(lián)了一個二位三通轉(zhuǎn)閥，可將高壓液體引到錨桿鉆機(jī)控制閥處去驅(qū)動兩臺錨桿鉆機(jī)。六聯(lián)閥和四聯(lián)閥的每一聯(lián)閥構(gòu)造都一樣，均為三位十三通換向閥，六聯(lián)閥和四聯(lián)閥的各油口分布情況如圖10所示。圖10 六聯(lián)閥和四聯(lián)閥的各油口分布圖其進(jìn)油口P處均并接了一個限壓閥，調(diào)整壓力為22MPa，當(dāng)馬達(dá)、油缸負(fù)載太大時，限壓閥會開啟溢流，起到保護(hù)作用。各閥的A、B油口部均并聯(lián)了一條支路，通過梭閥與LS控制油路連通，使換向閥在上、下工作位置時，能將馬達(dá)、油缸負(fù)載的變化反應(yīng)到油泵

14、的變量機(jī)構(gòu)上去，使油泵能根據(jù)負(fù)載變化進(jìn)展變量。閥的LS口壓力信號為每組閥中工作壓力通過梭閥進(jìn)展比擬取最大的壓力值，兩組閥的LS口分別接在2個負(fù)載敏感式變量泵的LS口上，泵的壓力流量控制器可根據(jù)執(zhí)行元件所需流量總和來控制泵的擺角位置。系統(tǒng)在非工作狀態(tài)下，換向閥上公共的負(fù)載信號LS口無壓力信號，泵的變量機(jī)構(gòu)上的LS口也無壓力信號，此時視為無負(fù)載狀態(tài)，泵的斜盤在23 MPa壓力作用下，使泵處于最小擺角，泵的空載流量約24 L/min。這樣系統(tǒng)在非工作狀態(tài)的功率損失較小，系統(tǒng)油液的空循環(huán)量較少，可提高油液的使用壽命。泵最小擺角時的壓力是由變量機(jī)構(gòu)中安裝的彈簧決定的，一般出廠時該壓力調(diào)整為2.5 MPa

15、。(7)噴霧冷卻系統(tǒng)該掘進(jìn)機(jī)的噴霧冷卻系統(tǒng)如圖11所示。外部供水流量Q =100L/min經(jīng)球閥、過濾器后分為兩路，一路經(jīng)球形閥到外噴霧噴嘴噴出，另一路經(jīng)減壓閥進(jìn)入液壓系統(tǒng)的冷卻器對液壓油進(jìn)展冷卻，然后又分兩路，一路經(jīng)截割電機(jī)冷卻水管從撒水嘴噴出；另一路經(jīng)Y型過濾球閥、噴霧水泵、水密封進(jìn)入截割頭，從截割頭噴霧噴嘴噴出。噴霧水泵由液壓馬達(dá)驅(qū)動，液壓馬達(dá)則由四聯(lián)閥中的第四聯(lián)換向閥控制。噴霧的水壓由壓力控制閥調(diào)定為3MPa，外噴霧的水壓由減壓閥限定為1.5 MPa。圖11 冷卻噴霧系統(tǒng)(8)潤滑系統(tǒng)該掘進(jìn)機(jī)的潤滑系統(tǒng)共分為三局部，一是液壓系統(tǒng)局部，使用的是68號抗磨液壓油，二是減速器和驅(qū)動局部，使用

16、的是320號、220號、150號工業(yè)齒輪油，三是各連接銷局部，使用的是ZL-3號潤滑脂。具體部位及注油量參見說明書。2國外懸臂式掘進(jìn)機(jī)開展現(xiàn)狀及趨勢第一階段：20世紀(jì)40年代末期60年代中期。各國早期研制的懸臂式掘進(jìn)機(jī)、切割功率在30KW左右的輕型機(jī)。這個階段，掘進(jìn)機(jī)從無到有，形成了集切割、裝運(yùn)和行走為一體的構(gòu)造雛形，主要用于軟煤巷道掘進(jìn)，機(jī)重在13-17噸之間。代表機(jī)型有匈牙利全國礦山機(jī)械研究所的F5烏克蘭的-3等。第二階段：60年代中期70年代末期。這一階段是煤巷掘進(jìn)機(jī)蓬勃開展時期，產(chǎn)品主要是用于切割煤系地層中的各種煤巖的中型掘進(jìn)機(jī)，機(jī)重2040t左右，切割功率50-100KW，可切巖石硬

17、度系數(shù)f6。代表機(jī)型有英德森公司的RH25、奧地利阿爾卑尼公司的AM50和日本三井三池公司的MRH100等。第三階段：70年代末期80年代末期。這一階段，半煤巖掘進(jìn)機(jī)開場成熟，重型機(jī)大批涌現(xiàn)，煤巷掘進(jìn)功能齊全，可靠性大幅度提高，機(jī)重50t左右。代表機(jī)型有英國多斯克公司的MKB、LH130，奧地利阿爾卑尼公司的AM75和德國保拉特公司的E169等。第四階段：80年代后期至上世紀(jì)末。產(chǎn)品主要是以煤系地層中的中硬度巖石為作業(yè)對象的重型機(jī)，一般機(jī)重40-80噸、切割功率150-200KW、可切巖石硬度系數(shù)f8，如英國的LH-1300型、奧地利的AM-75型、日本的S200M型掘進(jìn)機(jī)等。掘進(jìn)機(jī)采用了新技

18、術(shù)，功能更加完善；計算機(jī)自控裝置較成熟。以下圖為日本三井三池公司S200M目前的掘進(jìn)機(jī)已進(jìn)入了機(jī)電一體化的自動控制截割時代。以美國、澳大利亞為代表的連續(xù)采煤機(jī)以及80年代末投入使用的掘錨機(jī)組開創(chuàng)了快速掘進(jìn)的新途徑、新紀(jì)元。各主要生產(chǎn)公司有奧地利的阿爾卑尼公司、英國的多斯克公司、安德森公司、艾姆克公司、德國的沙爾扎特公司、艾柯夫公司、保拉特公司、維斯特伐利公司、日本三井三池公司和烏克蘭的工廠，主要系列有AM、E、ET、STM、MRH及K等。國外中型掘進(jìn)機(jī)已日趨完善，其代表機(jī)型有英國多斯克公司的LH130型號、德國保拉特公司的E200型、奧地利阿爾卑尼公司的AM75型、日本三井三池公司的S220型

19、等。其切割功率在132220kw之間，機(jī)重5070t，經(jīng)濟(jì)切割的巖石硬度80Mpa，近年德國在研究開發(fā)切割硬度達(dá)100Mpa的掘進(jìn)機(jī)。(1)切割功率能力穩(wěn)定提高, 機(jī)器的可靠性高. 據(jù)報道,日本成功地使用T M60K 型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)全巖巷引水隧道,截割抗壓強(qiáng)度高達(dá)170200MPa 的巖石,目前最大的WAV408型掘進(jìn)機(jī)重達(dá) 160t,切割功率可達(dá) 408 kW,定位切割斷面面積可達(dá)87. 5 m2.以先進(jìn)的制造技術(shù)為根底, 從原材料質(zhì)量到零部件的加工精度都能進(jìn)展嚴(yán)格的控制,又有優(yōu)越的國際協(xié)作條件,選購?fù)赓弴鷮拸V,有效地保證了主機(jī)的質(zhì)量水平.此外,近年來廣泛采用了可靠性技術(shù), 其突出表現(xiàn)為簡化機(jī)

20、械構(gòu)造,在齒輪傳動、機(jī)械聯(lián)接及液壓傳動方面盡量減少串聯(lián)系統(tǒng),有的地方以嵌裝式構(gòu)造代替螺栓組構(gòu)造,既簡化了構(gòu)造,又大大提高了整機(jī)的可靠性.(2)配套設(shè)備多樣化.為充分發(fā)揮掘進(jìn)機(jī)效能,各國都十分重視綜掘(掘錨一體化)作業(yè)線配套設(shè)備的研究.為縮短支護(hù)時間,在中間穩(wěn)定頂板條件下,常用機(jī)載錨桿鉆機(jī)支護(hù);為使掘進(jìn)機(jī)與支護(hù)平行作業(yè), 運(yùn)用超前液壓支架或自帶盾牌掩護(hù)支架.在后配套運(yùn)輸方面, 通常采用橋式、帶式機(jī),后配帶式輸送機(jī),有條件時設(shè)置活動煤倉.(3)采用機(jī)電一體化技術(shù). 國外新型掘進(jìn)機(jī)均配有完善的工況檢測和故障診斷系統(tǒng), 從而可以在早期發(fā)現(xiàn)機(jī)器故障, 并快速排除故障, 大大縮短了機(jī)器的停機(jī)時間, 生產(chǎn)率

21、相應(yīng)大幅度提高; 這樣還可以保證切割機(jī)構(gòu)的負(fù)載平穩(wěn), 防止由于人工操作不當(dāng)而引起的系統(tǒng)載荷, 從而延長機(jī)器的使用壽命. 局部新型掘進(jìn)機(jī)可實(shí)現(xiàn)推進(jìn)方向監(jiān)控、截割路線循環(huán)程序控制、切割斷面輪廓尺寸監(jiān)控.(4)研究探索新的截割技術(shù), 如高壓水射流掘進(jìn)機(jī)的研制、沖擊振動式截割機(jī)具的研制等.懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的開展除取決于實(shí)際生產(chǎn)需要外,還受根底工業(yè)開展水平及技術(shù)可行性的影響。隨著工業(yè)技術(shù)水平的提高和在懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)開發(fā)方面經(jīng)歷的積累,國外開展趨勢為:(1)矮型化在加大機(jī)重、截割功率和提高截割硬度的前提下,開展機(jī)身較低的機(jī)型,提高工作穩(wěn)定性,也可以適用比擬低矮的巷道掘進(jìn)。(2)中、重型化目前世界上有代表

22、性的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的掘進(jìn)機(jī)從輕型逐漸向中、重型開展,多數(shù)掘進(jìn)機(jī)的截割功率到達(dá)40 350 kW,有的已到400kW,機(jī)重在40t以上。(3)主要元部件系列化掘進(jìn)機(jī)開展過程中只需改變主機(jī)形式,而不改變根本元部件,此外采用組件構(gòu)造設(shè)計,掘進(jìn)機(jī)工作機(jī)構(gòu)可根據(jù)需要裝配橫軸式或縱軸式截割頭。(4)應(yīng)用高科技技術(shù)借助計算機(jī)進(jìn)展優(yōu)化設(shè)計,使機(jī)型簡潔可靠性高,逐步使用模塊化設(shè)計。掘進(jìn)機(jī)自動控制系統(tǒng)更加完善,利用微機(jī)進(jìn)展機(jī)器工況監(jiān)測和故障診斷等。(5)附件化保存必要的截、裝、運(yùn)、行主要組成功能,將降塵、輔助支護(hù)等局部以附件形式出現(xiàn)。這樣可根據(jù)需要選擇裝配各種附加件,給設(shè)計、制造、使用都帶來了方便。(6)掘進(jìn)破巖方

23、式的多元化破巖方式既有機(jī)械截割破巖又有沖擊破巖,最近又開發(fā)了一種水力掘進(jìn)技術(shù)等。3國懸臂式掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)狀及趨勢我國的懸臂式掘進(jìn)機(jī)的開展主要經(jīng)歷了三個階段懸臂式掘進(jìn)機(jī)的開展特點(diǎn)段。第一階段:60年代初期到70年代束,這一階段主要是以引進(jìn)國外掘進(jìn)機(jī)為主,也定型生產(chǎn)了幾種機(jī)型.在引進(jìn)的同時進(jìn)展消化、吸收,為我國懸臂式掘進(jìn)緒論機(jī)的第二階段的開展打下了良好的技術(shù)根底。這一階段掘進(jìn)機(jī)的主要特點(diǎn)是:使用圍越來越廣,截割能力逐步提高,有截割夾巖和過斷層的能力。第二階段:70年代末到80年代末,這一階段,我國與國外合作生產(chǎn)了幾種懸臂式掘進(jìn)機(jī)并逐步地實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,其中典型代表是與奧地利、日本合作生產(chǎn)的AM50型及S10

24、0型,其后,我國自行設(shè)計制造了幾種懸臂式掘進(jìn)機(jī),其典型代表是EMA.30型及EBJ.100型。這一階段掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)是:可靠性較高,己能適應(yīng)我國煤巷掘進(jìn)的需要;半煤巖巷的掘進(jìn)技術(shù)已經(jīng)到達(dá)相當(dāng)?shù)乃?出現(xiàn)了重型機(jī)。第三階段：由80年代末至今，重型機(jī)型大批出現(xiàn)，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計與制造水平已相領(lǐng)先進(jìn)，可以根據(jù)礦井生產(chǎn)的不同要現(xiàn)局部個性化設(shè)計，這一階段的代表機(jī)型較多，主要有EBJ 型、EL型及EBH型。這一階段懸臂式掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)是：設(shè)計水目前，我國懸臂掘進(jìn)機(jī)技術(shù)已經(jīng)躍上了一個新的臺階，總體水平接近國外同行取得的成績主要有：相繼開發(fā)出三種重型掘進(jìn)機(jī)，它們是EBJ-160 型EBJ-160H型和EBH -

25、132型其EBJ-160型掘進(jìn)機(jī)獲國家科技進(jìn)步二等獎，它的研制成功使我國的掘進(jìn)機(jī)研究與制造水平邁上了一個新臺階，標(biāo)志著我國掘進(jìn)機(jī)研制開發(fā)水平進(jìn)人國際先進(jìn)展列，使國產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)可截割抗壓強(qiáng)度80 M Pa的巖石，使用圍不斷擴(kuò)大，目前已推廣到鐵路、公路、水利建立等部門，并出口俄羅斯完成了硬巖截齒的研究，研制出三高硬質(zhì)合金刀頭和新的截齒制造工藝，使我國的硬巖截齒到達(dá)國際先進(jìn)水平對高壓水射流輔助截割技術(shù)和慣性沖擊輔助截割技術(shù)進(jìn)展了探索和嘗試，并研制成功了E LM B-7 5C型振動式掘進(jìn)機(jī)，現(xiàn)已批量生產(chǎn)。將可編程控制器(PLC)成功應(yīng)用到局部掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)中，在電控系統(tǒng)的保護(hù)插件及故障診斷等方面取得了一定

26、的成績。我國掘進(jìn)機(jī)技術(shù)雖經(jīng)四十多年的努力已有了較大的提高,但與西方興旺國家比還有距離。今后我國掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的開展趨勢是:(1)擴(kuò)大掘進(jìn)機(jī)的適用圍進(jìn)一步使機(jī)型矮型化,改善截割、裝載、行走等構(gòu)造,使其能較好地適應(yīng)我國各種地質(zhì)構(gòu)造和斷面形狀的巷道掘進(jìn)。(2)掘錨聯(lián)合機(jī)組研制集掘、鉆、錨為一體的綜合機(jī)組,既能快速掘進(jìn),同時又能進(jìn)展打眼安裝錨桿,支護(hù)頂板、側(cè)幫,實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、支護(hù)平行作業(yè),解決掘進(jìn)機(jī)利用率低的問題。這是實(shí)現(xiàn)巷道快速掘進(jìn),滿足高產(chǎn)高效工作面開展需要的重要技術(shù)途徑。(3)噴霧降塵設(shè)備隨機(jī)化對現(xiàn)有機(jī)型設(shè)置機(jī)載降塵設(shè)備,提高外噴霧的使用效果,將會使掘進(jìn)機(jī)在工作時的粉塵濃度大大降低。(4)提高各型掘進(jìn)機(jī)

27、工作的可靠性并開展新型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)一步對各型掘進(jìn)機(jī)整機(jī)設(shè)計的完善化,運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計方法提高主要元部件的可靠性。此外還可借鑒其他領(lǐng)域理論開展新型掘進(jìn)機(jī),如盤形滾刀懸臂式掘進(jìn)機(jī)、沖擊振動掘進(jìn)機(jī)。(5)開展新的元部件技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)如:嘗試將履帶藏式行星減速器新技術(shù)運(yùn)用在懸臂式掘進(jìn)機(jī)中;掘進(jìn)機(jī)工況監(jiān)控技術(shù)的開展(包括掘進(jìn)機(jī)工況監(jiān)測、故障診斷)。(6)采用新的制造技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)管理理論及經(jīng)歷降低生產(chǎn)本錢我國掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)局部還是沿用原聯(lián)的生產(chǎn)和管理模式,這已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的開展,因此應(yīng)該多采用先進(jìn)的加工技術(shù)和管理模式,如采用計算機(jī)為主體的CAD CAM CAE FMS CIM等先進(jìn)制造技術(shù),

28、模塊化設(shè)計及制造技術(shù),以及全面質(zhì)量及目標(biāo)管理等管理理論來進(jìn)展生產(chǎn)和管理,從而到達(dá)降低本錢提高質(zhì)量的目的。4行星傳動技術(shù)所謂齒輪機(jī)構(gòu)就是指由齒輪副組成的機(jī)構(gòu)的統(tǒng)稱，也稱之為齒輪傳動。齒輪傳動已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)的機(jī)器設(shè)備、儀器儀表等機(jī)械傳動當(dāng)中。在機(jī)器設(shè)備及運(yùn)輸工具的傳動機(jī)構(gòu)中，為了滿足機(jī)器具有增減速、換向及其它特殊的功能，經(jīng)常采用一系列相互嚙合的齒輪組成的傳動系統(tǒng)，通常將這一系列有齒輪組成的傳動系統(tǒng)稱之為齒輪系或者齒輪機(jī)構(gòu)。根據(jù)齒輪機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)時，各個齒輪的幾何軸線的相對位置是否變動，將齒輪機(jī)構(gòu)劃分為普通齒輪機(jī)構(gòu)和行星齒輪機(jī)構(gòu)兩大類。普通齒輪機(jī)構(gòu)又稱之為定軸輪系，這是因?yàn)楫?dāng)齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時，組

29、成該齒輪機(jī)構(gòu)的所有齒輪的幾何軸線的位置是固定不變的。另外，在普通齒輪機(jī)構(gòu)中，如果各齒輪副的軸線相互平行，則稱為平行軸齒輪機(jī)構(gòu)；如果齒輪機(jī)構(gòu)中含有一個相交軸齒輪副或者一個相錯軸齒輪副，則稱之為不平行軸齒輪機(jī)構(gòu)。行星齒輪機(jī)構(gòu)又稱之為動軸輪系，當(dāng)齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時，組成齒輪機(jī)構(gòu)的齒輪中至少有一個齒輪的幾何軸線位置繞著其它齒輪的幾何軸線回轉(zhuǎn)，即至少有一個齒輪做行星運(yùn)動。行星傳動技術(shù)是一種新型的機(jī)械傳動技術(shù)，由于它具有體積小、重量輕、傳動比圍大、效率高、能適應(yīng)有特殊要求的場合等特點(diǎn)，因此它得到了工程界的重視，在國防、冶金、礦山、紡織、食品，儀表制造、起重運(yùn)輸及建筑工程等行業(yè)中已經(jīng)大量的應(yīng)用。盡管行星傳動技術(shù)

30、的應(yīng)用己經(jīng)有幾十年的歷史，但是我國的行星傳動技術(shù)水品與科技興旺國家相比還存在較大的差距，其主要原因是缺少從事行星傳動技術(shù)，特別是一些新型傳動技術(shù)如漸開線少差齒行星傳動，擺線針輪行星傳動，滾子活齒行星傳動等的研究、設(shè)計人員，工業(yè)根底還不及興旺國家。同時，行星傳動技術(shù)方面的技術(shù)資料也較為缺乏。行星齒輪傳動有很多種型式，在這里只簡單介紹常見的幾種。根據(jù)行星傳動機(jī)構(gòu)的根本組成構(gòu)件可分為以下三種根本類型。其構(gòu)造簡圖如下圖。2K-H型：其根本構(gòu)件為兩個中心輪2K和一個行星架H,如圖。2K-H型又可以分為好幾種傳動方案，如單級傳動、兩級傳動和多級傳動；另外還有正號機(jī)構(gòu)和負(fù)號機(jī)構(gòu)之分。當(dāng)行星架H固定時，主、從

31、動輪轉(zhuǎn)動方向一樣的構(gòu)件，稱為正號機(jī)構(gòu)；反之則稱為負(fù)號機(jī)構(gòu)。3K型：由于其根本構(gòu)件為三個中心輪3K，由此稱為3K型，如圖。3K型傳動機(jī)構(gòu)的行星架不受外扭矩，僅起支撐行星輪的作用。型傳動也可以分為多種方案。K-H-V型：其根本構(gòu)件為一個中心輪K，一個行星架H及一個繞主軸軸線轉(zhuǎn)動的構(gòu)件V，如圖。在以上三種機(jī)構(gòu)中，單個的2K-H傳動和K-H-V傳動都是不可再分機(jī)構(gòu)，稱之為根本行星輪系。工程中將根本行星輪系和定軸輪系、多個根本行星輪系組合而成的復(fù)雜輪系傳動稱為復(fù)合輪系。以上三種傳動型式中，具有、外嚙合的2K-H型傳動具有較多的優(yōu)點(diǎn)，該傳動機(jī)構(gòu)具有較高的傳動效率，承載能力大，傳動功率不受限制，構(gòu)造簡單，工

32、藝性好。而3K型傳動與2K-H型相比擬，3K型體積較大，但是隨著傳動比的逐漸增大，其傳動效率會逐漸下降，其制造與裝配工藝性不佳。K-H-V型傳動的構(gòu)造緊湊，傳動比大，但是其齒形及輸出機(jī)構(gòu)對制造精度的要求較高。根據(jù)齒輪嚙合方式的不同，行星齒輪減速器又可以分為以下幾種。該分類中采用了N、W及G等幾個根本代號。其中：N表示嚙合齒輪副；W表示外嚙合齒輪副，G表示外嚙合公用的行星輪。通過這些代號可以將比擬常用的幾種齒輪嚙合方式為NGW表示在具有、外嚙合的同時還具有一個公用行星輪的行星減速器；NW表示具有一個外嚙合和一個嚙合的行星減速器；WW表示具有兩個外嚙合的行星減速器；NN表示具有兩個嚙合的行星減速器

33、；NGWN表示具有兩個嚙合和一個外嚙合的同時還具有一個公用行星輪的行星減速器。由于行星傳動把定軸線傳動改為了動軸線傳動，釆用了功率分流，用幾個行星輪共同分擔(dān)載荷，而且合理利用了齒輪的嚙合傳動，以及合理的均載裝置，使得行星傳動具有體積小，質(zhì)量輕，承載能力大，傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)。具體的將，行星傳動技術(shù)具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：1構(gòu)造緊湊、體積小、重量輕。由于行星傳動利用了功率分流的特性，并且充分的利用了嚙合承載能力大及齒圈有較大的可容空間，便于獲得構(gòu)造緊湊、外形輪廓尺寸小的傳動系統(tǒng)。與普通齒輪傳動相比，在傳遞的功率和傳動比一樣的情況下，行星傳動的體積和質(zhì)量大約為普通齒輪傳動的1/21/6；2傳動比大。盡管行

34、星傳動有很多種類型，但它們一般都具有大傳動比的特點(diǎn)，當(dāng)用于傳遞運(yùn)動時，最大傳動比可達(dá)幾萬或幾十萬以上。作為動力傳動時，其最大傳動比也可以到達(dá)幾十或幾百以上；3效率高，功率損失小。由于行星傳動采用幾個行星輪均勻的分布在太陽輪和齒圈之間，可以有效地平衡太陽輪和行星架軸承上的作用力，這種構(gòu)造的運(yùn)用，大大的提高了傳動系統(tǒng)的效率。中選擇了合理的傳動類型及構(gòu)造設(shè)計時，行星傳動的最高傳動效率可達(dá)0.970.99；4傳動平穩(wěn)，具有較強(qiáng)的抗沖擊和振動能力。由于有均勻分布在太陽輪和齒圈之間的行星輪和保持個行星輪之間載荷均勻分布及功率均衡分布的均載裝置，行星傳動不僅可以平衡個行星輪與轉(zhuǎn)臂上得慣性力，而且顯著的提高了

35、傳動過程的平穩(wěn)性和抗沖擊、振動的能力。本課題所研究的行星齒輪減速器是由兩個2K-H(NGH)型行星齒輪傳動串聯(lián)而成的一個兩級行星齒輪減速器，其構(gòu)造簡圖如下圖：第一級傳動也可稱之為高速級傳動主要由太陽輪1、齒圈5、行星輪2及行星架H1組成，第二級傳動或稱之為低速級傳動主要由太陽輪2、齒圈5、行星輪4及行星架H2組成，齒圈5固定在截割臂上。太陽輪1為整個減速器的輸入端，通過輸入軸與電機(jī)相聯(lián)接，行星架H1與太陽輪2相聯(lián)接，將由太陽輪1傳來的動力傳遞到第二級行星傳動，最后由第二級傳動的行星架H2輸出到截割頭進(jìn)展煤巖的切割。2K-H(NGW)型行星傳動從原理上來看，它有四個根本構(gòu)件：行星輪一指繞動軸線旋

36、轉(zhuǎn)做行星運(yùn)動的齒輪。行星輪數(shù)量一般在兩個以上；行星架一指支撐行星輪運(yùn)動的動軸線構(gòu)件；太陽輪一指軸線與主軸線重合的外嚙合齒輪構(gòu)件；齒輪一指軸線與主軸線重合的嚙合齒輪構(gòu)件。在行星齒輪傳動中，通常將軸線與定軸線重合并且承受外力矩的構(gòu)件稱為根本構(gòu)件。2K-H(NGW)型行星傳動機(jī)構(gòu)有三個根本構(gòu)件，任意固定其中的一個構(gòu)件就可以得到一種不同的傳動方式。在行星傳動變速箱的應(yīng)用中，將單級2K-H型傳動作為一個根本的行星排，三個根本構(gòu)件分別作為主動、從動和固定構(gòu)件，則可以組成兩個減速，兩個增速和兩個倒檔的六種傳動方案。在這六種傳動方案中，應(yīng)用最多的是將齒圈固定，太陽輪主動，行星架從動的傳動方案。本文所研究的行星

37、傳動方案就是由兩個齒圈固定，太陽輪主動，行星架從動的傳動方案串聯(lián)在一起所構(gòu)成的一個兩級2K-H(NGW)型行星傳動機(jī)構(gòu)。以2K-H(NGW)型為例，單級傳動效率可達(dá)0.960.98，兩級傳動效率0.940.96。5 EBZ100型掘進(jìn)機(jī)的研究意義EBZ100型掘進(jìn)機(jī)相對而言是一種掘進(jìn)效率高、截割功率適中的中型掘進(jìn)設(shè)備，該機(jī)集截割、裝運(yùn)、行走、操作等功能為一體，屬于懸臂式縱向截割的局部端面掘進(jìn)機(jī)，用于截割任意端面形狀的井下巷道。定位截割時，其最大截割高度3.8m、最大截割底寬5m、截割最大有效面積19平方米，移動機(jī)器可切割更寬底巷道。適用于任意形狀斷面的煤巷、半煤巖及軟巖巷道掘進(jìn)，也適用于條件類似的其它礦山巷道及工程隧道中使用；截割巖石最大抗壓強(qiáng)度可達(dá)70MPa，可提供錨桿泵站動力接口。關(guān)鍵部件和動密封均采用高質(zhì)量進(jìn)口產(chǎn)品，并采用采用了電機(jī)和液壓混合傳動方式，保證整機(jī)性能可靠；機(jī)器重心前置設(shè)計，有利于搭接皮帶機(jī)后機(jī)器的平穩(wěn)作業(yè)。該機(jī)可在坡度不大于160底煤及半煤巖巷道中工作，可以截割普氏系數(shù)f7煤及半